西安钟楼木结构地震响应参数分析

采用ANSYS软件建立西安钟楼有限元模型,与既有研究成果对比,验证了钟楼有限元模型的准确性。基于此模型分析了地震动输入峰值、不同维度地震动、建筑年代等参数对钟楼木结构加速度、位移、基底剪力等地震响应的影响规律。分析结果表明:随着地震动输入峰值的增大,结构加速度、位移响应均显著增大;地震波的竖向分量对结构具有一定的影响力,但是水平向地震对钟楼木结构的影响占主要部分;而随着钟楼建造时间增加,结构刚度下降,自振周期变长,在相同地震动作用下位移响应会相应延后,结构基底剪力和加速度峰值呈现下降趋势,但是结构位移峰值逐渐增加。     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

考虑SSI效应的层间隔震结构地震响应研究

层间隔震结构是从基础隔震结构发展而来的一种新型隔震体系,近年来成为防灾减灾领域的研究热点之一。本文采用有限元软件ABAQUS建立了层间隔震结构三维整体空间模型,考虑地基土-基础-上部结构的共同作用(SSI),进行地震作用下的非线性动力响应分析。研究了考虑SSI前后的层间隔震结构体系振动特性及动力响应,通过改变基础底部不同土层性质、不同基础埋置深度对比分析,探讨各参数的影响规律。结果表明:不考虑SSI的层间隔震结构基底剪力、各层位移明显大于考虑SSI的情况;基底采用硬土层时的基底剪力、各层位移大于采用软土层时的情况;埋置较深的基础相比埋置较浅基础的基底剪力、各层位移均增大。     

超高层错层隔震体系地震响应研究

超高层错层隔震体系是层间隔震体系基础上发展而来的一种隔震结构。建立了某超高层错层隔震结构有限元模型,分别输入普通地震动、远场类谐和长周期地震动和近断层脉冲型长周期地震动3种不同类型的地震动,分析错层隔震结构在3种地震动作用下的响应,并与层间隔震结构响应进行分区比较。结果表明：错层隔震结构和层间隔震结构在3类地震动作用下层间位移较小,基底剪力较小,塑性铰少,两种结构均具有良好的减震效果;在普通地震动作用下,错层隔震结构相比于层间隔震结构层间位移减小、基底剪力减小,其减震性能较层间隔震结构更优;错层隔震结构在不同长周期地震动作用下减震效果具有一定差异性,在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果稍优于层间隔震结构的,在远场类谐和长周期地震动作用下的减震效果稍劣于层间隔震结构的。在受远场类谐和长周期地震动影响的区域,错层隔震结构在设计时需对中部隔震层附近的核心筒予以充分关注。     

多高层梁柱式胶合木结构抗震性能数值模拟研究

为研究多高层梁柱式胶合木结构的抗震性能,开展了五层梁柱式胶合木结构有限元分析。采用验证后的有限元模型开展了结构层数、支撑截面尺寸和支撑类型的参数分析。有限元分析结果表明,模型对Y向7度多遇ElCentro波和上海人工波SHW2激励作用下的结构顶层位移响应预测十分准确,但对X向汶川波激励下的结构顶层位移响应预测与试验结果存在一定的差别。随着烈度水准的不断增加,有限元模型针对结构顶层位移幅值的预测结果会小于试验结果。有限元模型针对不同地震波激励下的结构顶层加速度响应与试验结果吻合良好,满足工程精度要求。参数分析结果表明,不同地震波激励下多高层木结构的位移响应存在明显的差异:上海人工波激励下的最大顶层位移和最大层间位移角均明显高于El Centro波和汶川波。框架中支撑的尺寸和材料类型对多高层木结构的抗震性能具有重要影响。     

隔震橡胶支座刚度退化及其对地震响应的影响

对天然橡胶支座进行了100%水平变形剪切试验、300%以上水平变形极限剪切试验和极限变形后100%水平变形剪切试验,得出橡胶刚度退化与最大剪应变的关系。对基础隔震结构输入不同峰值地震波,得到不同等级地震作用下天然橡胶支座和铅芯橡胶支座的退化后刚度。计算罕遇地震下顶层加速度、上部结构基底剪力和隔震层位移,研究支座刚度退化对地震响应的影响。结果表明,大变形引起支座刚度退化,顶层加速度和上部结构基底剪力有所减小,但隔震层位移显著增加。     

基于能量分析的近断层地震作用下框排架结构性能研究

钢筋混凝土框排架结构是工业主厂房建筑的主要结构形式之一,为研究处于近断层地区的框排架结构的抗震性能,本文选取4条脉冲型、4条非脉冲型近断层地震波及4条远场地震波,以某钢筋混凝土框排架结构为原型结构建立有限元模型,研究结构在近断层地震动和远场地震动作用下的抗震性能。分析结果表明:脉冲型近断层地震动作用下结构的最大基底剪力是远场地震动的1.92倍,是非脉冲型的1.16倍;脉冲型近断层地震动作用下的最大层间位移是非脉冲型地震动的1.9倍,是远场地震动的5倍。因此,近断层地震动作用下框排架结构的动力反应需引起工程设计人员的重视。     

基于强震记录的长周期位移反应谱特征分析

高层建筑、大跨结构和大型储液罐等结构在长周期成分丰富的地震动作用下会产生大变形甚至破坏.基于位移的抗震设计相较于基于力的抗震设计更能反映结构和构件的性态,但其亟需可靠的长周期位移设计谱.为此,选取近年来国内外23次地震的数字强震记录1 787条,分析了不同震级和断层距下长周期位移反应谱(简称位移谱)特性,研究了场地条件对于位移谱的影响,最后对现有位移谱模型的适用性和可靠性进行评价.主要结论包括:震级和断层距主要影响位移谱的幅值;位移谱的形态与震级和断层距基本无关,表现为随着周期的增大位移谱先快速增长,随后缓慢增长,之后趋于稳定或稍微下降至地表峰值位移(PGD).采用PGD归一化的位移谱形态可由3个拐点周期划分为4个阶段,即快速上升段、缓慢上升段、下降段和稳定段.震级对以PGD归一化的位移谱的影响明显,随着震级的增大,归一化位移谱幅值增加,卓越周期变长;小震级(矩震级Mw≤6.5)时,卓越周期为1～2s;大震级(矩震级Mw＞6.5)时,卓越周期为6～10s,甚至更大.场地条件对位移谱的影响与断层距有关,近断层时,场地越硬位移谱幅值在中长周期段(如周期T＞5.0s)越低,但断层距大于100 km时,位移谱与场地条件基本无关;场地条件对归一化位移谱的影响基本可忽略.现有归一化位移谱模型尚存在一定局限:曹加良模型未考虑震级对位移谱模式的影响,且模型不能模拟位移谱在长周期段下降并至PGD的过程;Faccioli模型对于矩震级Mw≥6.5时位移谱特征认识不够,10s周期时位移谱并未达到峰值.     

基于强震记录的长周期位移反应谱特征分析

高层建筑、大跨结构和大型储液罐等结构在长周期成分丰富的地震动作用下会产生大变形甚至破坏.基于位移的抗震设计相较于基于力的抗震设计更能反映结构和构件的性态,但其亟需可靠的长周期位移设计谱.为此,选取近年来国内外23次地震的数字强震记录1 787条,分析了不同震级和断层距下长周期位移反应谱(简称位移谱)特性,研究了场地条件对于位移谱的影响,最后对现有位移谱模型的适用性和可靠性进行评价.主要结论包括:震级和断层距主要影响位移谱的幅值;位移谱的形态与震级和断层距基本无关,表现为随着周期的增大位移谱先快速增长,随后缓慢增长,之后趋于稳定或稍微下降至地表峰值位移(PGD).采用PGD归一化的位移谱形态可由3个拐点周期划分为4个阶段,即快速上升段、缓慢上升段、下降段和稳定段.震级对以PGD归一化的位移谱的影响明显,随着震级的增大,归一化位移谱幅值增加,卓越周期变长;小震级(矩震级Mw≤6.5)时,卓越周期为1～2s;大震级(矩震级Mw＞6.5)时,卓越周期为6～10s,甚至更大.场地条件对位移谱的影响与断层距有关,近断层时,场地越硬位移谱幅值在中长周期段(如周期T＞5.0s)越低,但断层距大于100 km时,位移谱与场地条件基本无关;场地条件对归一化位移谱的影响基本可忽略.现有归一化位移谱模型尚存在一定局限:曹加良模型未考虑震级对位移谱模式的影响,且模型不能模拟位移谱在长周期段下降并至PGD的过程;Faccioli模型对于矩震级Mw≥6.5时位移谱特征认识不够,10s周期时位移谱并未达到峰值.     

隔震支座水平刚度变化对隔震效果的影响分析

隔震结构的水平刚度近似取隔震层的刚度,因此,隔震支座的水平等效刚度直接影响隔震效果。采用有限元结构分析软件SAP2000,建立5组不同支座刚度的隔震结构分析模型,分析模型在多遇地震和罕遇地震作用下的地震响应,对比不同支座刚度下隔震结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移的变化情况。研究结果表明:隔震支座水平刚度的变化对结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移均有较大影响,合理选取支座刚度,从而取得更好的隔震效果。     

多维近断层地震对RC框架结构抗震性能的影响

近断层地震较远场地震具有显著的脉冲效应、上下盘效应和破裂方向效应,对结构有强大的破坏作用。本文采用ANSYS有限元软件模拟了4层钢筋混凝土(RC)框架非隔震和隔震结构,分析其在近断层水平地震单独作用和水平、竖向地震共同作用下的动力响应。研究表明,结构在水平、竖向地震共同作用下的层间位移和顶层加速度反应较水平地震单独作用下的反应要大,并且在近断层脉冲地震作用下竖向地震对隔震结构的影响大于对非隔震结构的影响,因而,进行近断层地震作用下的抗震分析时应考虑竖向地震作用。     

钢管混凝土组合框架结构体系抗震性能的增量动力分析法

基于有限元软件ABAQUS用户材料模型子程序二次开发技术,建立了钢管混凝土组合框架体系的数值模拟模型,该模型得到了以往研究者完成的钢管混凝土构件及组合框架结构低周往复荷载试验结果的验证。分别基于非线性纤维梁单元及分层壳单元模拟梁柱构件及楼板,用增量动力分析(IDA)方法对某9层钢管混凝土空间框架结构的抗震性能进行了研究,对某一地震动下结构由弹性阶段到屈服再到塑性阶段过程中的性能点、层间位移角、结构顶层谱加速度时程响应、框架塑性铰出铰顺序及基底剪力时程曲线进行了判定,为进一步评估钢管混凝土空间框架结构的抗震性能提供参考。     

脉冲地震作用下千米级斜拉桥减震设计方法

为研究近断层脉冲地震动作用下千米级斜拉桥的减震设计方法,以某漂浮型千米级斜拉桥为背景,建立了有限元模型,选择了典型的近断层脉冲型地震动,同时设计了3种减震体系,在塔梁之间分别采用弹性连接装置、流体粘滞阻尼器以及两者的组合装置。随后对模型进行了非线性动力分析,分析了脉冲效应、减震体系的设计参数和减震效果,结果表明:脉冲长周期放大结构反应,剪切波速不影响结构反应,组合装置的减震效果最好。最后,建议了基于目标减震率的减震体系设计流程。     

近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响

以15条普通地震记录以及15条近断层脉冲型地震记录为输入,以某五层钢筋混凝土框架基础隔震结构工程实例为研究对象,采用有限元软件建模对比分析隔震结构在普通地震动和近断层脉冲型地震动作用下的非线性动力时程反应,以隔震支座最大位移、结构最大层间位移以及最大层间剪力为主要反应统计量,对比探讨近断层脉冲型地震动调幅对隔震结构的影响。结果表明:近断层地震动调幅对隔震结构响应影响异于普通地震动,建议研究近断层脉冲型地震动特性时不调幅;多层隔震结构响应与地震动参数HI相关性较大,建议取HI作为多层隔震结构抗震性能研究的最佳地震动参数。     

近断层脉冲地震动对基础隔震结构放大效应的量化分析

为量化分析近断层脉冲地震动对基础隔震结构的地震放大效应,建立多层和高层两个基础隔震结构模型,根据隔震结构基本周期,采用基于能量的脉冲量化识别方法,得到40条脉冲地震动,并剔除其中的主脉冲,产生40条非脉冲地震动。将这80条地震动分别输入两个隔震结构,量化分析脉冲地震动对其层间位移角、楼层剪力、楼层加速度和隔震层位移的放大效应。结果表明：脉冲地震动作用下基础隔震结构的反应明显大于非脉冲地震动,脉冲地震动对隔震层位移放大系数最大,而楼层加速度放大系数对脉冲地震动比较敏感,呈现出波浪形的变化特征。两个隔震结构所得到的隔震层位移的放大系数平均值约为2.0,层间位移角、楼层剪力、楼层加速度的放大系数平均值约为1.5。     

配筋率对空心桥墩的抗震性能影响分析

采用ABAQUS有限元软件,建立了10个不同配筋率的桥墩模型,进行了弹塑性时程分析,得到了桥墩振动特性、墩顶位移时程曲线及墩底剪力时程曲线,并比较分析了不同模型在地震动作用下的抗震性能,确定了纵筋率、配箍率等参数对桥墩抗震性能的影响规律。     

随机地震激励下高台基木结构古建筑的响应分析

为了研究高台基木结构古建筑的随机地震响应特征,以西安鼓楼为例,分别建立了鼓楼下部高台基、上部木结构和整体结构的有限元模型。选择合理的地震动模型,采用绝对位移直接求解的虚拟激励法,利用ANSYS有限元软件的谐响应分析模块对鼓楼进行了随机地震响应分析,分别得到了鼓楼通柱有关节点的位移和加速度功率谱。结果表明:在随机地震激励下,结构位移和加速度功率谱峰值所对应的频率和结构基本自振频率较为一致;高台基的存在改变了结构位移和加速度功率谱的大小及分布规律,且使得结构位移和加速度功率谱峰值增大。高台基对整体结构的抗震是不利的,在高台基古建筑的结构分析时必须考虑其不利影响。     

基于振动台试验的刚构桥近断层效应动力响应分析

对1∶10比例三跨刚构桥模型进行考虑多点激励的缩尺模型振动台台阵试验,在此基础上建立模型桥的有限元模型,选取了10条典型的近断层地震动和10条远场地震动,对其作用下刚构桥的动力响应进行对比分析。研究表明:地震动空间效应对桥墩变形、受力均为不利因素,其影响程度与墩梁约束形式、波速的取值密切相关;与远场地震动相比,近断层地震动(峰值速度与峰值加速度的比值aPGV/aPGA)较大;考虑近断层效应后,桥墩变形、受力均发生增长,主梁跨中弯矩与主梁水平位移也相继增大。因此,近断层效应、地震动空间效应在抗震设计中均应该予以考虑,使分析结果更准确。     

长周期地震动对超高层结构抗震性能的影响

历次大地震中,长周期结构在长周期地震动作用下响应剧烈。本文着重对超高层建筑进行长周期地震激励下的抗震性能分析,选取了远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动和近断层滑冲型地震动3类典型长周期地震动记录各3条,为进行比较,同时选了3条普通地震动作为输入样本,采用ABAQUS有限元软件对一54层超高层结构分别进行多遇地震下的弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析,并将4类地震动输入下的结构响应特征进行对比研究。由结果可知:长周期地震动作用下结构的位移、位移角及损伤均大于普通地震动的响应,尤其是低频成分更丰富的远场类谐和地震动;长周期地震动输入下结构的最大层间位移角接近甚至超出限值。因此,长周期地震动对超高层结构抗震性能的影响不可忽视。     

基于剪力比的黏弹性阻尼腋撑-RC框架结构设计方法

现有减震设计方法需进行繁琐的迭代,其效率有待提高。基于剪力比的概念,采用黏弹性阻尼腋撑,设置罕遇地震下腋撑与框架结构的耗能比,提出了基于剪力比的黏弹性阻尼腋撑-RC框架结构抗震设计方法。选取7条地震动记录,根据不同剪力比 α 对6层、9层、12层模型设置不同参数的腋撑,进行罕遇地震下弹塑性动力时程分析。研究了腋撑耗能占地震输入结构总能量的关系,并将各模型最大层间位移角与GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的规定值进行了对比。从层间位移角、层剪力、顶层最大位移值、顶层峰值加速度等方面比较了结构的减震效果。研究结果表明：对于高40m以下的框架结构,耗能比为0.6时,剪力比 α 的合理取值范围在0.10~0.20之间;剪力比α取0.15时,RC框架结构的最大层间位移角、顶层最大位移值均减少34%~45%,层剪力、顶层加速度峰值均减少19%~23%。